WO2018202685A1 - Optoelektronischer halbleiterchip und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterchips - Google Patents

Optoelektronischer halbleiterchip und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterchips Download PDF

Info

Publication number
WO2018202685A1
WO2018202685A1 PCT/EP2018/061160 EP2018061160W WO2018202685A1 WO 2018202685 A1 WO2018202685 A1 WO 2018202685A1 EP 2018061160 W EP2018061160 W EP 2018061160W WO 2018202685 A1 WO2018202685 A1 WO 2018202685A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cooling element
semiconductor chip
layer
semiconductor
layer sequence
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/061160
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ivar TÅNGRING
Christian LEIRER
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors Gmbh filed Critical Osram Opto Semiconductors Gmbh
Priority to JP2019554589A priority Critical patent/JP2020519004A/ja
Priority to DE112018002299.4T priority patent/DE112018002299A5/de
Priority to CN201880029625.7A priority patent/CN110603653A/zh
Priority to US16/603,007 priority patent/US20200058840A1/en
Publication of WO2018202685A1 publication Critical patent/WO2018202685A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/64—Heat extraction or cooling elements
    • H01L33/641—Heat extraction or cooling elements characterized by the materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0093—Wafer bonding; Removal of the growth substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/483—Containers
    • H01L33/486—Containers adapted for surface mounting
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H01L33/501—Wavelength conversion elements characterised by the materials, e.g. binder
    • H01L33/502—Wavelength conversion materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/62—Arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body, e.g. lead-frames, wire-bonds or solder balls
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/64—Heat extraction or cooling elements
    • H01L33/644—Heat extraction or cooling elements in intimate contact or integrated with parts of the device other than the semiconductor body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0008—Processes
    • H01L2933/0033—Processes relating to semiconductor body packages
    • H01L2933/0041—Processes relating to semiconductor body packages relating to wavelength conversion elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0008—Processes
    • H01L2933/0033—Processes relating to semiconductor body packages
    • H01L2933/0075—Processes relating to semiconductor body packages relating to heat extraction or cooling elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H01L33/505—Wavelength conversion elements characterised by the shape, e.g. plate or foil

Definitions

  • An optoelectronic semiconductor chip is specified.
  • Another object to be solved is to provide a method for producing such a semiconductor chip.
  • Semiconductor layer sequence is based, for example, on a III-V compound semiconductor material.
  • the semiconductor material is, for example, a nitride compound semiconductor material such as Al n In] __ n _ m Ga m N, or a phosphide compound semiconductor material such as Al n In] __ n _ m Ga m P, or a Arsenide compound semiconductor material, such as Al n In ] __ n _ m Ga m As or Al n In ] __ n _ m Ga m AsP, wherein each 0 ⁇ n 1, 0 ⁇ m ⁇ 1 and m + n ⁇ 1. It can the
  • the semiconductor layer sequence is preferably based on AlInGaN.
  • the active layer of the semiconductor layer sequence contains in particular at least one pn junction and / or at least one quantum well structure and can, for example, in
  • the semiconductor chip preferably comprises one, in particular exactly one, coherent active layer.
  • the contact elements are in particular formed metallic.
  • the contact elements comprise silver, copper, nickel, gold, titanium, palladium or consist of one of these materials or a mixture of these materials.
  • the cooling element covers
  • the semiconductor layer sequence completely, so covers the entire front of the
  • the cooling element only covers the front side of the semiconductor layer sequence.
  • the cooling element may be transparent, ie transparent to images or views, or translucent to electromagnetic radiation generated by the active layer. In other words, the cooling element may be clear or opaque.
  • the cooling element is transparent or translucent for such electromagnetic radiation that strikes the cooling element from the direction of the active layer.
  • This radiation may be the primary radiation generated directly by the active layer and / or a secondary radiation generated by conversion from the primary radiation.
  • the transparency of the cooling element is for example at least 80% or at least 90% or at least 95% or at least 99% for those coming from the direction of the active layer
  • the cooling element may have the form of a small plate with two substantially parallel main sides, the main sides then extending substantially parallel to the front side of the semiconductor layer sequence.
  • the cooling element can also have a curved main side on a side facing away from the semiconductor layer sequence.
  • the cooling element is formed for example as a lens.
  • Cooling element may further be formed in one piece or constructed of several different individual layers.
  • the material composition of the cooling element is preferably homogeneous over the entire volume of the cooling element.
  • the front side and / or the back side directly adjoin the semiconductor layer sequence.
  • the front and / or the back of the cooling element directly adjoin the semiconductor layer sequence.
  • the front and back are substantially parallel to each other and to the active layer.
  • siloxane-containing converter layer between the cooling element and the semiconductor layer sequence.
  • the converter layer is preferably based on siloxane.
  • Siloxane content in the converter layer is, for example, at least 60% by volume or at least 70% by volume or at least 80% by volume or at least 90% by volume.
  • the converter layer comprises or consists of a siloxane matrix with converter particles embedded therein. The concentration of the converter particles in the converter layer is
  • the concentration of the converter particles in the converter layer for example, at most 40 vol .-% or at most 30 vol .-%.
  • the converter layer is integrally formed.
  • the material composition of the converter layer is homogeneous throughout its entire volume.
  • Converter layer formed only by a single layer and not by superimposed individual layers.
  • the converter layer may also consist of several
  • each individual layer comprises or is based on siloxane.
  • the converter layer has, for example, a thickness measured perpendicular to the front side of the Semiconductor layer sequence, of at least 30 ym or
  • the thickness of the converter layer is at least 40 ym or at least 50 ym up.
  • the thickness of the converter layer is at least 40 ym or at least 50 ym up.
  • the converter layer is preferably arranged only on the front side of the semiconductor layer sequence.
  • the converter layer covers the front of the
  • the converter layer can be in direct contact with the front side
  • the converter layer converts in the intended
  • the converter layer completely or partially converts a blue primary radiation generated by the active layer into yellow or green or red secondary radiation.
  • Converter layer emerging radiation can therefore a
  • the radiation emerging from the converter layer and emitted by the semiconductor chip is about
  • the semiconductor chip may thus be, in particular, a surface mountable
  • the semiconductor chip can be any semiconductor chip.
  • the semiconductor chip can be any semiconductor chip.
  • connection carrier On the front side of the semiconductor chip preferably no contact elements are attached.
  • the cooling element is of a growth substrate of the semiconductor layer sequence
  • the semiconductor chip the semiconductor chip
  • the semiconductor chip is preferably free of the growth substrate.
  • the cooling element has a thermal conductivity of at least 0.7 W / (mK) or at least 0.8 W / (mK) or at least 0.9 W / (mK) or at least 1.0 W / (mK) on. Under the thermal
  • Conductivity is understood to mean, in particular, the thermal conductivity averaged over the entire cooling element.
  • the distance between the converter layer and the cooling element is at most 10 ym or at most 8 ym or at most 5 ym or at most 3 ym. In this case, the distance is preferably the maximum or average distance along the entire lateral
  • an optoelectronic semiconductor chip is understood to be a component, as it is understood by
  • the lateral dimensions of the semiconductor chip substantially correspond to the lateral dimension of the active layer of the semiconductor layer sequence.
  • the lateral dimension of the semiconductor chip is at most 10% or at most 5 "6 or at most 1% larger than the lateral dimension of the active layer
  • Direction with respect to which the lateral dimension is determined, is a direction parallel to
  • Optoelectronic semiconductor chip is preferably formed self-supporting. In other words, it may be a
  • chip size package short CSP, so that at least the lateral size of the semiconductor chip in the
  • the encapsulation and the contact elements thus do not contribute significantly to the lateral size.
  • the semiconductor chip comprises two contact elements on a rear side of the semiconductor layer sequence and a radiation-transmissive cooling element on one of the back side opposite
  • Cooling element and the semiconductor layer sequence is a
  • Siloxane-containing converter layer arranged.
  • Contact elements are used for electrical contacting of the semiconductor chip and are in the unmounted state of the
  • the cooling element is from a
  • Growth substrate of the semiconductor layer sequence different and has a thermal conductivity of at least 0.7
  • Optoelectronic semiconductor chips are often used siloxane-based, in particular silicone-based, converter layers, inter alia because they have a high refractive index.
  • these converter layers have the disadvantage that they have a low thermal conductivity of 0.2 to 0.3 W / (m-K) or less, for example, between 0.16 and 0.25 W / (m-K).
  • Converter layer ages rapidly, which is noticeable for example by cracking.
  • Another disadvantage of the siloxane-containing converter layer is that it is sticky, so that on an exposed converter layer
  • the cooling element comprises glass or consists of glass, in particular high-index glass.
  • the cooling element may be a
  • the glass can be, for example, quartz glass, borosilicate glass, flint glass or
  • Be lead crystal glass also has the advantage that, in contrast to the converter layer, it has a comparatively large modulus of elasticity. Normally, when the semiconductor chip is heated, the expansion of the semiconductor chip is relatively high
  • Converter layer which, as already mentioned above, over time can lead to cracks in the converter layer.
  • An applied on the converter layer glass-containing cooling element ensures with its high modulus of elasticity that the
  • Converting element barely expand, so that the entire semiconductor chip is aging resistant.
  • a mechanical connection for example an adhesive layer, between the cooling element and the converter layer is selected such that the cooling element is permanently connected to the converter layer. It is for example a cohesive
  • connection between the cooling element and the converter layer is in particular not non-destructively releasably connected to the converter layer.
  • the cooling element preferably does not detach from the converter layer.
  • the connection is chosen so strong that the cooling element is a lateral Thermal expansion of the converter layer prevents or restricts.
  • the connection is chosen so strongly that the connection is not completely or not locally, ie at certain locations, solved by the lateral forces occurring in the normal operation by heating.
  • the cooling element is self-supporting.
  • the cooling element is then one or the only supporting component in the semiconductor chip.
  • the cooling element carries
  • the thickness of the cooling element is at least 250 ym or at least 300 ym or at least 400 ym.
  • such a cooling element can be self-supporting.
  • the distance between the rear side of the semiconductor layer sequence and the sides exposed in the unassembled state is
  • a carrier is arranged on the rear side of the semiconductor layer sequence.
  • the carrier may, for example, by the contact elements and an interposed insulation, such as a polymer potting or an epoxy potting or a
  • the carrier is designed in particular self-supporting.
  • the carrier on the rear side is one or the only semiconductor chip-carrying and mechanically stabilizing component in the semiconductor chip. In this case, for example, that
  • Cooling element not self-supporting and can not ensure the stability of the semiconductor chip alone.
  • the thickness of the cooling element is at most 100 ym or at most 50 ym or at most 30 ym or at most 10 ym. In these cases, for example, the cooling element is not self-supporting. Even such a small thickness, for example, at most 10 ym but sufficient to the poor thermal conductivity of the
  • the thickness of the cooling element is preferably at least 5 ⁇ m. According to at least one embodiment, the
  • Contact elements on the back have a thickness of at least 100 ym or at least 120 ym.
  • the contact elements are, for example, applied galvanically to the semiconductor layer sequence.
  • the contact elements form, for example, a part of a carrier on the rear side of the semiconductor layer sequence.
  • the cooling element forms a radiation exit area of the semiconductor chip.
  • the cooling element can be directly to an ambient gas, such as air,
  • Converter layer a silicone matrix with embedded converter particles or consists of a silicone matrix with converter particles embedded therein.
  • Silicone is a preferred siloxane for use in converter layers. According to at least one embodiment, the
  • the adhesive layer has a thickness of at most 10 ⁇ m or at most 8 ⁇ m or at most 5 ⁇ m or at most 3 ⁇ m.
  • the adhesive layer is formed from silicone or comprises silicone. The adhesive layer is
  • Adhesive layer is preferably in direct contact both with the converter layer and with the cooling element.
  • the adhesive layer serves, in particular, to reliably fasten the cooling element on the converter layer or the semiconductor layer sequence.
  • the adhesive layer has a matrix, such as a silicone matrix, embedded therein for the primary radiation and / or secondary radiation
  • the filler particles particularly preferably have a higher thermal conductivity, for example at least twice as high a thermal conductivity as the matrix material of the adhesive layer.
  • Converter layer can be improved to the cooling element. According to at least one embodiment, the
  • Converter layer in direct contact with the cooling element.
  • no further layer such as an adhesive layer is arranged between the converter layer and the cooling element.
  • the cooling element is thus applied, for example, directly to the converter layer.
  • semiconductor layer sequence structured on the front side is such
  • the lateral means that the contact elements in the lateral direction, ie parallel to a
  • Casting are surrounded.
  • the contact elements can be flush with the potting on a lower side of the semiconductor chip
  • the potting does not extend to the bottom of the semiconductor chip and, for example, the contact elements laterally covered only up to half. The contact elements then protrude from the potting. In the casting it can be
  • Silicone act The potting can be done together with the
  • Contact elements form a semiconductor chip stabilizing carrier.
  • the cooling element has one or more functional layers.
  • the cooling element comprises a dielectric mirror layer and / or a Bragg mirror and / or a conversion layer.
  • the emission characteristic of the semiconductor chip can be further influenced in this way by the cooling element.
  • the cooling element which is in particular made of glass, serves primarily as a carrier for
  • the cooling element contributes to a cooling of the converter layer and / or the semiconductor layer sequence to at most 50% or 20% or 10%, with a main cooling via the contact elements towards a mounting surface of the
  • the method is particularly suitable for producing a semiconductor chip as described above. That is, all in connection with the semiconductor chip
  • the method comprises a step A), in which a semiconductor layer sequence having an active layer is grown on a growth substrate.
  • the method comprises a step B), in which contact elements on a the
  • Semiconductor layer sequence can be applied.
  • the semiconductor layer sequence is applied to an auxiliary carrier.
  • the semiconductor layer sequence with the contact elements is preceded by an auxiliary carrier
  • the growth substrate is removed in a step D).
  • the growth substrate is removed by means of a laser lift-off process.
  • the converter layer comprises siloxane.
  • the cooling element has a thermal conductivity of at least 0.7 W / (m-K). The distance between the
  • Converter layer and the cooling element is set, for example, at most 10 ym. In accordance with at least one embodiment, in one step
  • the method preferably comprises a further step H), in which the semiconductor layer sequence with the cooling element is cut or sawn into individual semiconductor chips or
  • Cooling elements and individual semiconductor layer sequences are shared for each individual semiconductor chip.
  • the cooling element of each individual semiconductor chip can therefore in particular
  • the steps A) to H) are successively in the order given
  • the cooling element is applied to an undried converter layer so that the converter layer serves as an adhesive for the cooling element. If the converter layer is applied by spray coating, for example, it is initially liquid and sticky. This is used in the present case, to the cooling element on the
  • Adhesive layer is needed.
  • the cooling element is a glass layer, which is applied by evaporation. This makes it possible to produce a particularly thin glass layer, which then serves as a cooling element.
  • Converter layer not structured, but applied over the entire surface and / or continuously, preferably in
  • Chipwafer composite In particular, this results in no sidewalls around the converter layer.
  • the converter layer is exposed on the side surfaces of the singulated semiconductor chips.
  • the converter layer can terminate laterally flush with the cooling element.
  • the singulation to the semiconductor chips takes place in a single, common step. That is, the cooling element, the converter layer, the potting, the contact elements and the insulating layers are in a single step.
  • the separation takes place for example by means of sawing or laser irradiation.
  • the singulation takes place by sawing, in particular in a single sawing step and / or with a single saw blade.
  • Saw marks are preferably narrow, typically at most 100 ym wide, preferably at most 50 ym wide. For example, a width of the saw marks between 20 ym and inclusive
  • the growth substrate is preferred
  • the semiconductor layer sequence is preferably located on a temporary subcarrier.
  • the complete chip wafer with preferably a single glass wafer for the cooling elements and also as a carrier so that the growth substrate can be detached as a whole wafer and still the arrangement can subsequently be handled as a wafer.
  • FIGS. 2A to 2E show different exemplary embodiments of an optoelectronic semiconductor chip in a cross-sectional view.
  • a position is in one
  • Exemplary embodiment of a method for producing an optoelectronic semiconductor chip 100 On a growth substrate 15, for example a sapphire substrate, a semiconductor layer sequence 1 has grown.
  • Semiconductor layer sequence 1 is based, for example, on GaN. It comprises a first layer 13, which is for example an n-conducting layer, a second layer 14, which
  • the active layer 10 is intended to generate electromagnetic radiation during normal operation.
  • the side of the semiconductor layer sequence 1 adjoining the growth substrate 15 forms a front side 11 of the semiconductor layer sequence 1, and the opposite side of the semiconductor layer sequence 1 forms a rear side 12.
  • FIG. 1B shows a position in the method at a later time. On the back 12 of the
  • Semiconductor layer sequence 1 are contact elements 21, 22 applied by electrical insulation layers
  • a respective second contact element 22 is electrically conductive with the second layer 14
  • a first contact element 21 is electrically conductively connected to the first layer 13 via a via which extends through the second layer 14 and the active layer 10 into the first layer 13.
  • the semiconductor layer sequence 1 with the contact elements 21, 22 is applied to an auxiliary carrier.
  • the subcarrier serves for the temporary stabilization of the
  • Growth substrate 15 is detached from the semiconductor layer sequence 1. This can be done for example by means of a laser lift-off process.
  • FIG. 1D shows a position in the method after the front side 11 of the semiconductor layer sequence 1 has been structured or roughened. This can be done for example by an etching process.
  • FIG. 1C shows a position in the method after a converter layer 4, then an adhesive layer 41 and then a radiation-permeable cooling element 3 has been applied to the front side 11 of the semiconductor layer sequence 1.
  • the converter layer 4 comprises a Siloxane, like silicone.
  • the converter layer 4 is a silicone matrix with therein
  • the converter layer 4 converts part or all of the active layer 10 during normal operation
  • the converter layer 4 has
  • a thickness between 40 ym and 60 ym inclusive.
  • the adhesive layer 41 may be, for example, a clear silicone layer.
  • the thickness of the adhesive layer 41 may be, for example, a clear silicone layer.
  • Adhesive layer 41 is, for example, between
  • the adhesive layer 41 connects the semiconductor layer sequence 1 or the converter layer 4 with the
  • the cooling element 3 is, for example, a glass layer or a glass plate or a glass substrate.
  • the cooling element 3 is, for example, clear-sighted for the primary radiation coming from the semiconductor layer sequence 1 and
  • the cooling element 3 is exemplary
  • FIG. 1F shows a further position in the method after the wafer composite has been separated from the cooling element 3 and the semiconductor layer sequence 1. This results in individual semiconductor chips 100, which are still attached to the subcarrier. The subcarrier can then be detached.
  • semiconductor chips 100 shown in cross-sectional view The semiconductor chip 100 of FIG. 2A is produced, for example, by the process or method of FIGS. 1A to 1F.
  • the cooling element 3 is self-supporting and forms the supporting component of
  • the cooling element 3 carries and stabilizes the semiconductor layer sequence 1 and the
  • the semiconductor chip 100 would not be mechanically self-supporting.
  • the contact elements 21, 22 in FIG. 2A have a thickness of at most 5 ym. The distance between the rear side 12 of the semiconductor layer sequence 1 and the sides of the semiconductor layer sequence 1 facing away from
  • contact elements 21, 22 is also at most 5 ym.
  • FIG. 2B shows a further exemplary embodiment of a semiconductor chip 100 in cross-sectional view.
  • the contact elements 21, 22 are now substantially thicker, for example with a thickness of at least 100 ⁇ m.
  • the contact elements 21, 22 are For example, applied via a galvanic process.
  • Around the contact elements 21, 22 around a potting 23 is arranged.
  • the potting 23 may be, for example, a polymer or an epoxy or a silicone.
  • the encapsulation 23 and the contact elements 21, 22 form an underside of the semiconductor chip 100, which in the present case, the encapsulation 23 and the contact elements 21, 22 form an underside of the semiconductor chip 100, which in the present case, the encapsulation 23 and the contact elements 21, 22 form an underside of the semiconductor chip 100, which in the present case, the encapsulation 23 and the contact elements 21, 22 form an underside of the semiconductor chip 100, which in the present case, the encapsulation 23 and the contact elements 21, 22 form an underside of the semiconductor chip 100, which in the
  • the potting 23 surrounds the contact elements 21, 22 laterally, that is to say in the lateral direction, completely.
  • the encapsulation 23 together with the contact elements 21, 22 forms a carrier 5 on the rear side 12 of the semiconductor layer sequence 1.
  • This carrier 5 is
  • the carrier 5 may be the
  • the cooling element 3 may still be designed to be self-supporting, but the cooling element 3 can not be self-supporting either.
  • the contact elements 21, 22 In the exemplary embodiment of FIG. 2C, for example, the contact elements 21, 22 together with the encapsulation 23 do not form a mechanically stable carrier. In this case, the
  • Semiconductor layer sequence 1 and the semiconductor chip 100 in turn stabilized and supported by the mechanically self-supporting cooling element 3.
  • the contact elements 21, 22 and the encapsulation 23 in FIG. 2C support the stability of the semiconductor chip 100
  • the semiconductor chip 100 of FIG. 2C is characterized
  • Semiconductor layer sequence 1 usually a different thermal expansion coefficient than a
  • Semiconductor layer sequence 1 and the semiconductor chip 100 stabilizing carrier 5 forms.
  • the cooling element 3 on the front side 11 of the semiconductor layer sequence 1 is
  • the cooling element 3 is a very thin one Glass layer with a thickness of for example at most 50 ym.
  • Such a thin glass layer 3, for example, is not self-supporting, so does not contribute to the mechanical
  • Glass layer 3 for example, with the help of a
  • Edge region of each semiconductor chip 100 provided a mesa structure, in which the semiconductor layer sequence 1 was removed from the back 12 into the second semiconductor layer 14 and the resulting mesa trench was encapsulated by an insulating layer. Since the mesa trenches have not reached into the first layer 13, electromagnetic radiation can emerge laterally from the first layer 13 in these exemplary embodiments.
  • FIG. 2E an embodiment of a semiconductor chip 100 is shown in Figure 2E, in which the lateral mesa trenches completely from the
  • the mesa trenches also completely penetrate the first layer 13. In this way, a lateral light extraction from the first layer 13

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

Ein optoelektronischer Halbleiterchip (100) umfasst eine Halbleiterschichtenfolge (1) mit einer aktiven Schicht (10) zur Emission elektromagnetischer Strahlung. Ferner umfasst der Halbleiterchip (1) zwei Kontaktelemente (21, 22) auf einer Rückseite (12) der Halbleiterschichtenfolge (1) sowie ein strahlungsdurchlässiges Kühlelement (3) auf einer der Rückseite (12) gegenüberliegenden Vorderseite (11) der Halbleiterschichtenfolge(1). Zwischen dem Kühlelement (3) und der Halbleiterschichtenfolge (1) ist eine Siloxan-haltige Konverterschicht (4) angeordnet. Die Kontaktelemente (21, 22) dienen zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips (100) und liegen im unmontierten Zustand des Halbleiterchips (100) frei. Das Kühlelement (3) ist von einem Aufwachssubstrat der Halbleiterschichtenfolge (1) verschieden und weist eine thermische Leitfähigkeit von mindestens 0,7 W/(m∙K) auf.

Description

Beschreibung
OPTOELEKTRONISCHER HALBLEITERCHIP UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES OPTOELEKTRONISCHEN HALBLEITERCHIPS
Es wird ein optoelektronischer Halbleiterchip angegeben.
Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips angegeben. Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen
optoelektronischen Halbleiterchip mit einer effizienten
Wärmeabfuhr anzugeben. Eine weitere zu lösende Aufgäbe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Halbleiterchips anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch den Gegenstand und das Verfahren der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
optoelektronische Halbleiterchip eine
Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Schicht zur
Erzeugung elektromagnetischer Strahlung. Die
Halbleiterschichtenfolge basiert zum Beispiel auf einem III- V-Verbindungshalbleitermaterial . Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial, wie AlnIn]__n_mGamN, oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial , wie AlnIn]__n_ mGamP, oder um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial , wie AlnIn]__n_mGamAs oder AlnIn]__n_mGamAsP, wobei jeweils 0 ^ n 1, 0 ^ m < 1 und m + n < 1 ist. Dabei kann die
Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also AI, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Bevorzugt basiert die Halbleiterschichtenfolge auf AlInGaN.
Die aktive Schicht der Halbleiterschichtenfolge beinhaltet insbesondere wenigstens einen pn-Übergang und/oder mindestens eine Quantentopfstruktur und kann zum Beispiel im
bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung im blauen oder grünen oder roten Spektralbereich oder im UV- Bereich erzeugen. Bevorzugt umfasst der Halbleiterchip eine, insbesondere genau eine, zusammenhängende aktive Schicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
Halbleiterchip zwei oder mehr Kontaktelemente auf einer
Rückseite der Halbleiterschichtenfolge. Die Kontaktelemente sind insbesondere metallisch ausgebildet. Beispielsweise umfassen die Kontaktelemente Silber, Kupfer, Nickel, Gold, Titan, Palladium oder bestehen aus einem dieser Materialien oder einer Mischung aus diesen Materialien.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
Halbleiterchip ein strahlungsdurchlässiges Kühlelement auf einer der Rückseite gegenüberliegenden Vorderseite der
Halbleiterschichtenfolge. Das Kühlelement überdeckt
beispielsweise in Draufsicht die Halbleiterschichtenfolge vollständig, bedeckt also die gesamte Vorderseite der
Halbleiterschichtenfolge. Bevorzugt bedeckt das Kühlelement nur die Vorderseite der Halbleiterschichtenfolge. Das Kühlelement kann transparent, also bild- oder blickdurchlässig, oder transluzent für eine von der aktiven Schicht erzeugte elektromagnetische Strahlung sein. Mit anderen Worten kann das Kühlelement klarsichtig oder milchig- trüb sein.
Besonders bevorzugt ist das Kühlelement transparent oder transluzent für solche elektromagnetische Strahlung, die aus Richtung der aktiven Schicht auf das Kühlelement trifft.
Diese Strahlung kann die unmittelbar von der aktiven Schicht erzeugte Primärstrahlung und/oder eine durch Konversion aus der Primärstrahlung erzeugte Sekundärstrahlung sein. Die Transparenz des Kühlelements beträgt beispielsweise zumindest 80 % oder zumindest 90 % oder zumindest 95 % oder zumindest 99 % für die aus Richtung der aktiven Schicht kommende
Strahlung .
Das Kühlelement kann die Form eines Plättchens mit zwei im Wesentlichen parallelen Hauptseiten aufweisen, wobei die Hauptseiten dann im Wesentlichen parallel zu der Vorderseite der Halbleiterschichtenfolge verlaufen. Das Kühlelement kann aber auch auf einer der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite eine gekrümmte Hauptseite haben. In diesem Fall ist das Kühlelement beispielsweise als Linse ausgebildet. Das
Kühlelement kann ferner einstückig ausgebildet sein oder aus mehreren unterschiedlichen Einzelschichten aufgebaut sein. Bevorzugt ist die Materialzusammensetzung des Kühlelements aber homogen über das gesamte Volumen des Kühlelements. Die Vorderseite und/oder die Rückseite grenzen zum Beispiel unmittelbar an die Halbleiterschichtenfolge. Insbesondere sind die Vorderseite und/oder die Rückseite aus dem
Halbleitermaterial der Halbleiterschichtenfolge gebildet. Die Vorderseite und die Rückseite verlaufen im Wesentlichen parallel zueinander und zur aktiven Schicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
Halbleiterchip eine Siloxan-haltige Konverterschicht zwischen dem Kühlelement und der Halbleiterschichtenfolge. Bevorzugt handelt es sich bei dem Siloxan oder den Siloxanen der
Konverterschicht um Polysiloxan oder Polysiloxane, wie
Silikon .
Die Konverterschicht basiert bevorzugt auf Siloxan. Der
Siloxan-Anteil in der Konverterschicht beträgt beispielsweise zumindest 60 Vol.-% oder zumindest 70 Vol.-% oder zumindest 80 Vol.-% oder zumindest 90 Vol.-%. Beispielsweise umfasst oder besteht die Konverterschicht aus einer Siloxanmatrix mit darin eingebetteten Konverterpartikeln. Die Konzentration der Konverterpartikel in der Konverterschicht beträgt
beispielsweise zumindest 10 Vol.-% oder zumindest 20 Vol.-%. Alternativ oder zusätzlich beträgt die Konzentration der Konverterpartikel in der Konverterschicht zum Beispiel höchstens 40 Vol.-% oder höchstens 30 Vol.-%. Zum Beispiel ist die Konverterschicht einstückig ausgebildet. Zum Beispiel ist die Materialzusammensetzung der Konverterschicht homogen über ihr gesamtes Volumen. Insbesondere ist die
Konverterschicht nur durch eine einzige Schicht gebildet und nicht durch übereinandergelegte Einzelschichten. Alternativ kann die Konverterschicht auch aus mehreren
aneinandergrenzenden Einzelschichten aufgebaut sein, wobei dann zum Beispiel jede Einzelschicht Siloxan umfasst oder darauf basiert.
Die Konverterschicht weist beispielsweise eine Dicke, gemessen senkrecht zur Vorderseite der Halbleiterschichtenfolge, von mindestens 30 ym oder
mindestens 40 ym oder mindestens 50 ym auf. Alternativ oder zusätzlich beträgt die Dicke der Konverterschicht
beispielsweise höchstens 80 ym oder höchstens 70 ym oder höchstens 60 ym.
Die Konverterschicht ist bevorzugt nur auf der Vorderseite der Halbleiterschichtenfolge angeordnet. Insbesondere
überdeckt die Konverterschicht die Vorderseite der
Halbleiterschichtenfolge vollständig. Die Konverterschicht kann dabei in direktem Kontakt mit der Vorderseite
beziehungsweise dem Halbleitermaterial der
Halbleiterschichtenfolge stehen. Die Konverterschicht konvertiert im bestimmungsgemäßen
Betrieb des Halbleiterchips die von der aktiven Schicht erzeugte Primärstrahlung ganz oder teilweise in
Sekundärstrahlung mit größerer Wellenlänge. Beispielsweise konvertiert die Konverterschicht eine von der aktiven Schicht erzeugte blaue Primärstrahlung ganz oder teilweise in gelbe oder grüne oder rote Sekundärstrahlung. Die aus der
Konverterschicht austretende Strahlung kann also eine
Mischung aus Primär- und Sekundärstrahlung sein oder
ausschließlich aus Sekundärstrahlung gebildet sein. Bevorzugt handelt es sich bei der aus der Konverterschicht austretenden und von dem Halbleiterchip emittierten Strahlung um
sichtbares Licht wie weißes Licht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Kontaktelemente zur elektrischen Kontaktierung des
Halbleiterchips beziehungsweise der Halbleiterschichtenfolge eingerichtet und liegen im unmontierten Zustand des
Halbleiterchips, zum Beispiel an einer Unterseite des Halbleiterchips, frei. Bei dem Halbleiterchip kann es sich also insbesondere um einen oberflächenmontierbaren
Halbleiterchip handeln. Der Halbleiterchip kann
beispielsweise auf einem Anschlussträger montiert werden. Auf der Vorderseite des Halbleiterchips sind vorzugsweise keine Kontaktelemente angebracht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Kühlelement von einem Aufwachssubstrat der Halbleiterschichtenfolge
verschieden. Insbesondere ist bei dem Halbleiterchip das
Aufwachssubstrat , auf dem die Halbleiterschichtenfolge zum Beispiel epitaktisch aufgewachsen wurde, abgetragen
beziehungsweise entfernt. Der Halbleiterchip ist bevorzugt frei von dem Aufwachssubstrat .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Kühlelement eine thermische Leitfähigkeit von mindestens 0,7 W/(m-K) oder mindestens 0,8 W/ (m-K) oder mindestens 0,9 W/ (m-K) oder mindestens 1,0 W/ (m-K) auf. Unter der thermischen
Leitfähigkeit wird dabei insbesondere die über das gesamte Kühlelement gemittelte thermische Leitfähigkeit verstanden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt der Abstand zwischen der Konverterschicht und dem Kühlelement höchstens 10 ym oder höchstens 8 ym oder höchstens 5 ym oder höchstens 3 ym. Unter dem Abstand wird dabei bevorzugt der maximale oder mittlere Abstand entlang der gesamten lateralen
Ausdehnung des Halbleiterchips verstanden. Der Abstand wird insbesondere in Richtung senkrecht zur Vorderseite gemessen.
Des Weiteren wird vorliegend unter einem optoelektronischen Halbleiterchip ein Bauelement verstanden, wie es durch
Vereinzeln aus einem Waferverbund erzeugt wird. Dies kann bedeuten, dass die lateralen Abmessungen des Halbleiterchips im Wesentlichen der lateralen Abmessung der aktiven Schicht der Halbleiterschichtenfolge entsprechen. Beispielsweise ist die laterale Abmessung des Halbleiterchips höchstens um 10 % oder höchstens um 5 "6 oder höchstens um 1 % größer als die laterale Abmessung der aktiven Schicht. Die laterale
Richtung, bezüglich der die lateraler Abmessung bestimmt wird, ist dabei eine Richtung parallel zur
Haupterstreckungsrichtung der aktiven Schicht. Der
optoelektronische Halbleiterchip ist bevorzugt selbsttragend ausgebildet. Mit anderen Worten kann es sich um ein
sogenanntes Chip-size-Package handeln, kurz CSP, sodass zumindest die laterale Größe des Halbleiterchips im
Wesentlichen durch die Halbleiterschichtenfolge bestimmt ist. Der Verguss sowie die Kontaktelemente tragen somit nicht signifikant zur lateralen Größe bei.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst der
optoelektronische Halbleiterchip eine
Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Schicht zur
Emission elektromagnetischer Strahlung. Ferner umfasst der Halbleiterchip zwei Kontaktelemente auf einer Rückseite der Halbleiterschichtenfolge sowie ein strahlungsdurchlässiges Kühlelement auf einer der Rückseite gegenüberliegenden
Vorderseite der Halbleiterschichtenfolge. Zwischen dem
Kühlelement und der Halbleiterschichtenfolge ist eine
Siloxan-haltige Konverterschicht angeordnet. Die
Kontaktelemente dienen zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips und liegen im unmontierten Zustand des
Halbleiterchips frei. Das Kühlelement ist von einem
Aufwachssubstrat der Halbleiterschichtenfolge verschieden und weist eine thermische Leitfähigkeit von mindestens 0,7
W/(m-K) auf. Der hier beschriebenen Erfindung liegt insbesondere die
Erkenntnis zugrunde, dass für Konverterschichten in
optoelektronischen Halbleiterchips häufig Siloxan-basierte, insbesondere Silikon-basierte, Konverterschichten verwendet werden, unter anderem weil diese einen hohen Brechungsindex aufweisen. Diese Konverterschichten haben aber den Nachteil, dass sie eine geringe Wärmeleitfähigkeit von 0,2 bis 0,3 W/(m-K) oder weniger, beispielsweise zwischen 0,16 und 0,25 W/ (m-K), aufweisen. Die durch die in dem Siloxan
eingebetteten Konverterpartikel bei der Konversion von Licht erzeugte Wärme kann daher nur schlecht aus der
Konverterschicht abgeführt werden. Dadurch kommt es im
Betrieb zu einer starken Erwärmung der Konverterschicht, insbesondere an dessen Außenflächen, wodurch die
Konverterschicht schnell altert, was sich beispielsweise durch Rissbildung bemerkbar macht. Ein weiterer Nachteil der Siloxan-haltigen Konverterschicht ist, dass diese klebrig ist, sodass an einer freiliegenden Konverterschicht
unerwünschte Partikel kleben bleiben können.
Bei der vorliegenden Erfindung wird von der Idee Gebrauch gemacht, ein strahlungsdurchlässiges Kühlelement auf die Konverterschicht aufzulegen. Bereits eine geringe
Wärmeleitfähigkeit von 0,7 W/(m-K) kann dabei ausreichen, um die thermische Eigenschaft des gesamten Halbleiterchips stark zu verbessern. Um diesen Effekt zu verbessern, wird der
Abstand zwischen der Konverterschicht und dem Kühlelement bevorzugt gering gewählt, sodass es zu einem effizienten Wärmeübertrag von der Konverterschicht auf das Kühlelement kommt. Des Weiteren bedeckt das strahlungsdurchlässige
Kühlelement die klebrige Oberfläche der Konverterschicht und verhindert, dass unerwünschte Partikel kleben bleiben. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Kühlelement Glas oder besteht aus Glas, insbesondere hochbrechendes Glas. Insbesondere kann es sich bei dem Kühlelement um ein
Glassubstrat oder eine Glasplatte handeln. Das Glas kann zum Beispiel Quarzglas, Borsilikatglas, Flintglas oder
Bleikristallglas sein. Glas hat zudem den Vorteil, dass es im Gegensatz zu der Konverterschicht ein vergleichsweise großes E-Modul aufweist. Normalerweise kommt es bei Erwärmung des Halbleiterchips zu einer relativ starken Ausdehnung der
Konverterschicht, was, wie oben bereits erwähnt, mit der Zeit zu Rissen in der Konverterschicht führen kann. Ein auf die Konverterschicht aufgebrachtes glashaltiges Kühlelement sorgt mit seinem hohen E-Modul dafür, dass sich das
Konverterelement kaum noch ausdehnen kann, sodass der gesamte Halbleiterchip alterungsstabiler wird.
Alternativ ist es aber auch möglich, statt Glas zum Beispiel Saphir oder Kunststoff als Material für das Kühlelement zu wählen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine mechanische Verbindung, zum Beispiel eine Klebeschicht, zwischen dem Kühlelement und der Konverterschicht so gewählt, dass das Kühlelement dauerhaft mit der Konverterschicht verbunden ist. Es handelt sich zum Beispiel um eine Stoffschlüssige
Verbindung zwischen dem Kühlelement und der Konverterschicht. Das Kühlelement ist mit der Konverterschicht insbesondere nicht zerstörungsfrei lösbar verbunden. Im bestimmungsgemäßen Betrieb, also bei üblicherweise auftretenden Kräften und Beschleunigungen, löst sich das Kühlelement bevorzugt nicht von der Konverterschicht. Zum Beispiel ist die Verbindung so stark gewählt, dass das Kühlelement eine laterale Wärmeausdehnung der Konverterschicht unterbindet oder einschränkt. Insbesondere ist die Verbindung so stark gewählt, dass die Verbindung durch die im bestimmungsgemäßen Betrieb durch Erwärmung auftretenden lateralen Kräfte nicht vollständig oder nicht lokal, also an bestimmten Stellen, gelöst wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Kühlelement selbsttragend. Beispielsweise ist das Kühlelement dann eine oder die einzige tragende Komponente in dem Halbleiterchip.
Zum Beispiel ist kein weiteres selbsttragendes Element in dem Halbleiterchip vorhanden. Das Kühlelement trägt
beispielsweise die Halbleiterschichtenfolge und die
Kontaktelemente .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt die Dicke des Kühlelements zumindest 250 ym oder zumindest 300 ym oder zumindest 400 ym. Insbesondere mit einer solchen Dicke und typischen lateralen Ausdehnung von Halbleiterchips von beispielsweise höchstens 5 mm kann ein solches Kühlelement selbsttragend sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt der Abstand zwischen der Rückseite der Halbleiterschichtenfolge und den im unmontierten Zustand freiliegenden Seiten der
Kontaktelemente beziehungsweise der Unterseite des
Halbleiterchips höchstens 5 ym oder höchstens 3 ym oder höchstens 2 ym. Insbesondere ist auf der Rückseite also keine tragende Komponente des Halbleiterchips vorhanden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist auf der Rückseite der Halbleiterschichtenfolge ein Träger angeordnet. Der Träger kann beispielsweise durch die Kontaktelemente und einer dazwischen angebrachten Isolierung, wie beispielsweise ein Polymerverguss oder ein Epoxidverguss oder ein
Silikonverguss , gebildet sein. Der Träger ist insbesondere selbsttragend ausgebildet. Beispielsweise ist der Träger auf der Rückseite eine oder die einzige den Halbleiterchip tragende und mechanisch stabilisierende Komponente in dem Halbleiterchip. In diesem Fall ist beispielsweise das
Kühlelement nicht selbsttragend und kann alleine nicht die Stabilität des Halbleiterchips gewährleisten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt die Dicke des Kühlelements höchstens 100 ym oder höchstens 50 ym oder höchstens 30 ym oder höchstens 10 ym. In diesen Fällen ist das Kühlelement beispielsweise nicht selbsttragend. Auch eine so geringe Dicke von beispielsweise höchstens 10 ym reicht aber aus, um die schlechte Wärmeleitfähigkeit der
Konverterschicht teilweise zu kompensieren. Bevorzugt beträgt die Dicke des Kühlelements aber zumindest 5 ym. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
Kontaktelemente auf der Rückseite eine Dicke von mindestens 100 ym oder mindestens 120 ym auf. Die Kontaktelemente sind beispielsweise galvanisch auf die Halbleiterschichtenfolge aufgebracht. In diesem Fall bilden die Kontaktelemente beispielsweise einen Teil eines Trägers an der Rückseite der Halbleiterschichtenfolge .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bildet das Kühlelement eine Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips.
Beispielsweise werden zumindest 80 % oder zumindest 90 % oder zumindest 95 % der aus dem Halbleiterchip austretenden
Strahlung über das Kühlelement ausgekoppelt. Das Kühlelement kann dabei unmittelbar an ein Umgebungsgas, wie Luft,
grenzen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Konverterschicht eine Silikonmatrix mit darin eingebetteten Konverterpartikeln oder besteht aus einer Silikonmatrix mit darin eingebetteten Konverterpartikeln. Silikon ist ein bevorzugtes Siloxan für die Verwendung in Konverterschichten. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfassen die
Konverterpartikel Partikel mit der Strukturformel
A3B5°12:Ce + mit A = Lu' Y oder Tb und B = A oder Ga,
und/oder (Ca, Sr) AlSiN3 : Eu2+, und/oder Sr (Ca, Sr) Si2Al2N6 : Eu2 + , und/oder (Ca, Ba, Sr) 2Si5Ng : Eu2 + , und/oder Sr4Al]_4025 : Eu2 + , und/oder EuxSi6_zAlzOzNg_z, und/oder MxSi]_2-m-nAlm+n^nNl 6- n:Eu2+ und/oder M2Si04:Eu2+ mit M = Ba, Sr, Ca oder Mg, und/oder K2SiF6:Mn4+, und/oder MS12 2O2 : Eu2+ mit M = Ba, Sr oder Ca. Auch andere Arten von Konverterpartikeln sind denkbar .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zwischen der
Konverterschicht und dem Kühlelement eine
strahlungsdurchlässige Klebeschicht angeordnet. Die
Klebeschicht weist beispielsweise eine Dicke von höchstens 10 ym oder höchstens 8 ym oder höchstens 5 ym oder höchstens 3 ym auf. Beispielsweise ist die Klebeschicht aus Silikon gebildet oder umfasst Silikon. Die Klebeschicht ist
insbesondere für die Primärstrahlung und/oder die
Sekundärstrahlung transparent oder transluzent. Die
Klebeschicht ist bevorzugt sowohl mit der Konverterschicht als auch mit dem Kühlelement in direktem Kontakt. Die Klebeschicht dient insbesondere dazu, das Kühlelement zuverlässig auf der Konverterschicht beziehungsweise der Halbleiterschichtenfolge zu befestigen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Klebeschicht eine Matrix, wie eine Silikonmatrix, mit darin eingebetteten, für die Primärstrahlung und/oder Sekundärstrahlung
transparenten Füllpartikeln auf. Besonders bevorzugt haben die Füllpartikel eine höhere thermische Leitfähigkeit, beispielsweise eine zumindest doppelt so hohe thermische Leitfähigkeit, wie das Matrixmaterial der Klebeschicht.
Dadurch kann weiter die thermische Ankopplung der
Konverterschicht an das Kühlelement verbessert werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Konverterschicht in direktem Kontakt mit dem Kühlelement. Mit anderen Worten ist zwischen der Konverterschicht und dem Kühlelement keine weitere Schicht wie eine Klebeschicht angeordnet. Das Kühlelement ist also zum Beispiel direkt auf die Konverterschicht aufgebracht. Der direkte Kontakt
zwischen der Konverterschicht und dem Kühlelement ist im Hinblick auf die thermische Ankopplung besonders vorteilhaft.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Halbleiterschichtenfolge an der Vorderseite strukturiert. Insbesondere ist die Halbleiterschichtenfolge derart
strukturiert, dass die Totalreflexion von elektromagnetischer Strahlung an der Vorderseite reduziert wird und somit die Auskoppeleffizienz aus der Halbleiterschichtenfolge erhöht ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Kontaktelemente seitlich teilweise oder vollständig von einem Verguss, insbesondere einem elektrisch isolierenden Verguss, umgeben. Seitlich bedeutet dabei, dass die Kontaktelemente in lateraler Richtung, also parallel zu einer
Haupterstreckungsrichtung der aktiven Schicht, von dem
Verguss umgeben sind. Die Kontaktelemente können an einer Unterseite des Halbleiterchips bündig mit dem Verguss
abschließen. Alternativ ist es aber auch möglich, dass der Verguss nicht bis zur Unterseite des Halbleiterchips reicht und beispielsweise die Kontaktelemente seitlich nur bis höchstens zur Hälfte bedeckt. Die Kontaktelemente stehen dann aus dem Verguss hervor. Bei dem Verguss kann es sich
beispielsweise um ein Polymer oder ein Epoxid oder ein
Silikon handeln. Der Verguss kann zusammen mit den
Kontaktelementen einen den Halbleiterchip stabilisierenden Träger bilden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Kühlelement eine oder mehrere funktionale Schichten auf. Beispielsweise umfasst das Kühlelement eine dielektrische Spiegelschicht und/oder einen Braggspiegel und/oder eine Konversionsschicht. Insbesondere kann auf diese Weise durch das Kühlelement die Abstrahlcharakteristik des Halbleiterchips weiter beeinflusst werden . Gemäß zumindest einer Ausführungsform dient das Kühlelement, das insbesondere aus Glas ist, primär als Träger zur
mechanischen Verstärkung der Konverterschicht und/oder des Halbleiterchips und lediglich sekundär zur Kühlung der
Konverterschicht und/oder der Halbleiterschichtenfolge. Durch das Kühlelement gibt es zwar eine gewisse Umverteilung der
Wärme, aber dieser Effekt kann vergleichsweise klein sein, da es keinen thermisch hochleitenden Wärmeleitungspfad von dem Kühlelement bis zu den Kontaktelementen gibt. Zum Beispiel trägt das Kühlelement zu einer Kühlung der Konverterschicht und/oder der Halbleiterschichtenfolge zu höchstens 50 % oder 20 % oder 10 % bei, wobei eine hauptsächliche Kühlung über die Kontaktelemente hin zu einer Montagefläche des
Halbleiterchips und dann weiter zu einer externen Wärmesenke erfolgen kann. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur
Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips
angegeben. Das Verfahren eignet sich insbesondere dazu, einen wie eben beschriebenen Halbleiterchip herzustellen. Das heißt, sämtliche in Verbindung mit dem Halbleiterchip
offenbarten Merkmale sind auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt A) , in dem eine Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Schicht auf einem Aufwachssubstrat aufgewachsen wird .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt B) , in dem Kontaktelemente auf eine dem
Aufwachssubstrat abgewandte Rückseite der
Halbleiterschichtenfolge aufgebracht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird in einem Schritt C) die Halbleiterschichtenfolge auf einen Hilfsträger aufgebracht. Beispielsweise wird die Halbleiterschichtenfolge mit den Kontaktelementen voran auf einen Hilfsträger
aufgebracht . Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird in einem Schritt D) das Aufwachssubstrat entfernt. Beispielsweise wird das Aufwachssubstrat mittels eines Laser-Liftoff-Prozesses abgetragen . Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird in einem Schritt
E) eine Konverterschicht auf eine der Rückseite
gegenüberliegende Vorderseite der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht. Die Konverterschicht umfasst Siloxan.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird in einem Schritt
F) ein strahlungsdurchlässiges Kühlelement auf die
Vorderseite der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht. Das Kühlelement weist dabei eine thermische Leitfähigkeit von mindestens 0,7 W/ (m-K) auf. Der Abstand zwischen der
Konverterschicht und dem Kühlelement wird zum Beispiel auf höchstens 10 ym eingestellt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird in einem Schritt
G) der Hilfsträger abgelöst.
Das Verfahren umfasst bevorzugt einen weiteren Schritt H) , bei dem die Halbleiterschichtenfolge mit dem Kühlelement in einzelne Halbleiterchips geschnitten oder gesägt oder
gewürfelt wird. Insbesondere bilden während des
Herstellungsverfahrens ein großflächiges Kühlelement und eine großflächige Halbleiterschichtenfolge einen Waferverbund . Das großflächige Kühlelement und die großflächige
Halbleiterschichtenfolge werden anschließend in einzelne
Kühlelemente und einzelne Halbleiterschichtenfolgen für jeden einzelnen Halbleiterchip geteilt. Das Kühlelement jedes einzelnen Halbleiterchips kann daher insbesondere an
Seitenflächen Spuren eines Materialabtrags aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Schritte A) bis H) nacheinander in der angegebenen Reihenfolge
ausgeführt . Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die
Konverterschicht mittels Sprühbeschichtung, englisch Spray Coating, auf die Halbleiterschichtenfolge aufgebracht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Kühlelement auf eine ungetrocknete Konverterschicht aufgebracht, sodass die Konverterschicht als Kleber für das Kühlelement dient. Wird die Konverterschicht beispielsweise über Spray Coating aufgebracht, so ist sie anfangs flüssig und klebrig. Dies wird vorliegend ausgenutzt, um das Kühlelement auf der
Konverterschicht zu befestigen, ohne dass eine weitere
Klebeschicht benötigt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Kühlelement eine Glasschicht, die mittels Verdampfen aufgebracht wird. Dadurch wird es ermöglicht, eine besonders dünne Glasschicht herzustellen, die dann als Kühlelement dient.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die
Konverterschicht nicht strukturiert, sondern ganzflächig und/oder durchgehend aufgebracht, bevorzugt im
Chipwaferverbund . Dies führt insbesondere dazu, dass es keine Seitenwände um die Konverterschicht herum gibt. Somit liegt die Konverterschicht an den Seitenflächen der vereinzelten Halbleiterchips frei. Die Konverterschicht kann seitlich bündig mit dem Kühlelement abschließen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt das Vereinzeln zu den Halbleiterchips, auch als Trennen oder Aufteilen bezeichnet, in einem einzigen, gemeinsamen Schritt. Das heißt, das Kühlelement, die Konverterschicht, der Verguss, die Kontaktelemente sowie die Isolationsschichten werden in einem einzigen Schritt durchtrennt. Das Vereinzeln erfolgt zum Beispiel mittels Sägen oder Laserbestrahlung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt das Vereinzeln durch Sägen, insbesondere in einem einzigen Sägeschritt und/oder mit einem einzigen Sägeblatt. Sägespuren sind dabei bevorzugt schmal, typischerweise höchstens 100 ym breit, bevorzugt höchstens 50 ym breit. Beispielsweise liegt eine Breite der Sägespuren zwischen einschließlich 20 ym und
50 ym.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das
Aufwachssubstrat von der Halbleiterschichtenfolge entfernt.
Dies erlaubt einen geringeren thermischen Widerstand des Halbleiterchips. Das Aufwachssubstrat wird bevorzugt
entfernt, bevor die Konverterschicht und das Kühlelement an der Halbleiterschichtenfolge angebracht werden, kann jedoch auch erst danach entfernt werden. Beim Entfernen des
Aufwachssubstrats befindet sich die Halbleiterschichtenfolge bevorzugt an einem temporären Hilfsträger. Insbesondere durch das Entfernen des Aufwachssubstrats ist es möglich, den kompletten Chipwafer mit bevorzugt einem einzigen Glaswafer für die Kühlelemente und auch als Träger zu verbinden, sodass das Aufwachssubstrat als ganzer Wafer abgelöst und trotzdem die Anordnung nachfolgend noch als Wafer gehandhabt werden kann .
Nachfolgend wird ein hier beschriebener optoelektronischer Halbleiterchip sowie ein hier beschriebenes Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips unter Bezugnahme auf Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein. Es zeigen:
Figuren 1A bis 1F verschiedene Positionen in einem
Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips ,
Figuren 2A bis 2E verschiedene Ausführungsbeispiele eines optoelektronischen Halbleiterchips in Querschnittsansicht.
In der Figur 1A ist eine Position in einem
Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips 100 gezeigt. Auf einem Aufwachssubstrat 15, beispielsweise einem Saphirsubstrat, ist eine Halbleiterschichtenfolge 1 gewachsen. Die
Halbleiterschichtenfolge 1 basiert beispielsweise auf GaN. Sie umfasst eine erste Schicht 13, die beispielsweise eine n- leitende Schicht ist, eine zweite Schicht 14, die
beispielsweise eine p-leitende Schicht ist, und eine aktive Schicht 10 zwischen der ersten Schicht 13 und der zweiten Schicht 14. Die aktive Schicht 10 ist dazu vorgesehen, im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung zu erzeugen. Die an das Aufwachssubstrat 15 grenzende Seite der Halbleiterschichtenfolge 1 bildet eine Vorderseite 11 der Halbleiterschichtenfolge 1, die gegenüberliegende Seite der Halbleiterschichtenfolge 1 bildet eine Rückseite 12.
In der Figur 1B ist eine Position in dem Verfahren zu einem späteren Zeitpunkt gezeigt. Auf die Rückseite 12 der
Halbleiterschichtenfolge 1 sind Kontaktelemente 21, 22 aufgebracht, die durch Isolationsschichten elektrisch
voneinander isoliert sind. Ein jeweils zweites Kontaktelement 22 ist elektrisch leitend mit der zweiten Schicht 14
verbunden, ein jeweils erstes Kontaktelement 21 ist über eine Durchkontaktierung, die sich durch die zweite Schicht 14 und die aktive Schicht 10 in die erste Schicht 13 erstreckt, mit der ersten Schicht 13 elektrisch leitend verbunden.
In der in der Figur IC gezeigten Position des Verfahrens ist die Halbleiterschichtenfolge 1 mit den Kontaktelementen 21, 22 voran auf einen Hilfsträger aufgebracht. Der Hilfsträger dient zur vorübergehenden Stabilisierung der
Halbleiterschichtenfolge 1. Zusätzlich ist in Figur IC zu erkennen, dass das
Aufwachssubstrat 15 von der Halbleiterschichtenfolge 1 abgelöst ist. Dies kann beispielsweise mittels eines Laser- Liftoff-Prozesses erfolgt sein. Die Vorderseite 11 der
Halbleiterschichtenfolge 1 liegt daher in Figur IC frei.
In der Figur 1D ist eine Position in dem Verfahren gezeigt, nachdem die Vorderseite 11 der Halbleiterschichtenfolge 1 strukturiert beziehungsweise aufgeraut wurde. Dies kann zum Beispiel durch einen Ätzprozess erfolgt sein. Die
Strukturierung oder Aufrauung der Halbleiterschichtenfolge 1 an der Vorderseite 11 bewirkt eine effizientere
Strahlungsauskopplung aus der Halbleiterschichtenfolge 1.
In der Figur IE ist eine Position in dem Verfahren gezeigt, nachdem auf die Vorderseite 11 der Halbleiterschichtenfolge 1 zunächst eine Konverterschicht 4, dann eine Klebeschicht 41 und anschließend ein strahlungsdurchlässiges Kühlelement 3 aufgebracht wurde. Die Konverterschicht 4 umfasst ein Siloxan, wie Silikon. Beispielsweise handelt es sich bei der Konverterschicht 4 um eine Silikonmatrix mit darin
eingebetteten Konverterpartikeln. Die Konverterschicht 4 wandelt im bestimmungsgemäßen Betrieb einen Teil oder die gesamte von der aktiven Schicht 10 erzeugte
elektromagnetische Primärstrahlung in Sekundärstrahlung einer anderen Wellenlänge um. Die Konverterschicht 4 hat
beispielsweise eine Dicke zwischen einschließlich 40 ym und 60 ym.
Bei der Klebeschicht 41 kann es sich zum Beispiel um eine klarsichtige Silikonschicht handeln. Die Dicke der
Klebeschicht 41 beträgt beispielsweise zwischen
einschließlich 3 ym und 8 ym.
Die Klebeschicht 41 verbindet die Halbleiterschichtenfolge 1 beziehungsweise die Konverterschicht 4 mit dem
strahlungsdurchlässigen Kühlelement 3. Alternativ kann aber auch auf die Klebeschicht 41 verzichtet sein, sodass das Kühlelement 3 in direktem Kontakt mit der Konverterschicht 4 steht .
Bei dem Kühlelement 3 handelt es sich beispielsweise um eine Glasschicht oder ein Glasplättchen oder ein Glassubstrat. Das Kühlelement 3 ist zum Beispiel klarsichtig für die von der Halbleiterschichtenfolge 1 kommende Primärstrahlung und
SekundärStrahlung .
In der Figur IE ist das Kühlelement 3 beispielhaft
selbsttragend ausgebildet und weist beispielsweise eine Dicke von zumindest 250 ym auf. Insbesondere handelt es sich bei dem Kühlelement 3 der Figur IE also um ein Glasplättchen. Anders als in der Figur IE kann das Kühlelement 3 aber auch als eine sehr dünne Glasschicht, beispielsweise mit einer Dicke von höchstens 50 ym, ausgebildet sein. Eine solche Glasschicht wäre beispielsweise nicht selbsttragend. In der Figur 1F ist eine weitere Position in dem Verfahren gezeigt, nachdem der Waferverbund aus dem Kühlelement 3 und der Halbleiterschichtenfolge 1 vereinzelt wurde. Dabei entstehen einzelne Halbleiterchips 100, die noch auf dem Hilfsträger befestigt sind. Der Hilfsträger kann anschließend abgelöst werden.
In der Figur 2A ist ein Ausführungsbeispiel eines
Halbleiterchips 100 in Querschnittsansicht gezeigt. Der Halbleiterchip 100 der Figur 2A ist beispielsweise durch den Prozess beziehungsweise das Verfahren der Figuren 1A bis 1F hergestellt. Im Fall der Figur 2A ist das Kühlelement 3 selbsttragend und bildet die tragende Komponente des
Halbleiterchips 100. Das heißt, das Kühlelement 3 trägt und stabilisiert die Halbleiterschichtenfolge 1 und die
Kontaktelemente 21, 22 alleine. Ohne das Kühlelement 3 wäre der Halbleiterchip 100 mechanisch nicht selbsttragend. Die Kontaktelemente 21, 22 in der Figur 2A weisen beispielsweise eine Dicke von höchstens 5 ym auf. Der Abstand zwischen der Rückseite 12 der Halbleiterschichtenfolge 1 und den der Halbleiterschichtenfolge 1 abgewandten Seiten der
Kontaktelemente 21, 22 beträgt beispielsweise ebenfalls höchstens 5 ym.
In der Figur 2B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Halbleiterchips 100 in Querschnittsansicht gezeigt. Anders als in der Figur 2A sind die Kontaktelemente 21, 22 nun wesentlich dicker ausgebildet, beispielsweise mit einer Dicke von zumindest 100 ym. Die Kontaktelemente 21, 22 sind beispielsweise über ein galvanisches Verfahren aufgebracht. Um die Kontaktelemente 21, 22 herum ist ein Verguss 23 angeordnet. Bei dem Verguss 23 kann es sich zum Beispiel um ein Polymer oder ein Epoxid oder ein Silikon handeln.
Vorliegend bilden der Verguss 23 und die Kontaktelemente 21, 22 eine Unterseite des Halbleiterchips 100, die im
unmontierten Zustand freiliegt. Der Verguss 23 und die
Kontaktelemente 21, 22 schließen an der Unterseite bündig miteinander ab. Der Verguss 23 umgibt die Kontaktelemente 21, 22 seitlich, das heißt in lateraler Richtung, vollständig.
Im Fall der Figur 2B bildet der Verguss 23 zusammen mit den Kontaktelementen 21, 22 einen Träger 5 an der Rückseite 12 der Halbleiterschichtenfolge 1. Dieser Träger 5 ist
beispielsweise selbsttragend. Der Träger 5 kann die
Halbleiterschichtenfolge 1 mechanisch stabilisieren und tragen. In diesem Fall kann das Kühlelement 3 nach wie vor selbsttragend ausgebildet sein, das Kühlelement 3 kann aber auch nicht selbsttragend sein.
In dem Ausführungsbeispiel der Figur 2C ist ein
Halbleiterchip 100 gezeigt, der im Wesentlichen dem
Halbleiterchip 100 der Figur 2B entspricht. Anders als in der Figur 2B umgibt der Verguss 23 nun aber die Kontaktelemente 21, 22 seitlich nicht vollständig. Insbesondere schließt der Verguss 23 mit den Kontaktelementen 21, 22 an einer
Unterseite des Halbleiterchips 100 nicht bündig ab. Vielmehr sind die Kontaktelemente 21, 22 seitlich nur teilweise von dem Verguss 23 umgeben. Die Dicke des Vergusses 23 auf der Rückseite 12 der Halbleiterschichtenfolge 1 ist
beispielsweise nur höchstens halb so dick wie die der
Kontaktelemente 21, 22. Im Ausführungsbeispiel der Figur 2C bilden zum Beispiel die Kontaktelemente 21, 22 zusammen mit dem Verguss 23 keinen mechanisch stabilen Träger. In diesem Fall wird die
Halbleiterschichtenfolge 1 beziehungsweise der Halbleiterchip 100 wiederum durch das mechanisch selbsttragende Kühlelement 3 stabilisiert und getragen. Es kann aber auch sein, dass die Kontaktelemente 21, 22 und der Verguss 23 in der Figur 2C die Stabilität des Halbleiterchips 100 unterstützen
beziehungsweise die Stabilität bewirken.
Der Halbleiterchip 100 der Figur 2C zeichnet sich
insbesondere dadurch aus, dass bei ihm die verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Materialien kompensiert werden. Insbesondere weist die
Halbleiterschichtenfolge 1 üblicherweise einen anderen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf als ein
Anschlussträger, auf dem der Halbleiterchip 100 montiert wird. Dieser Unterschied in dem thermischen
Ausdehnungskoeffizienten wird durch die dicken
Kontaktelemente 21, 22 und den dazwischen angeordneten
Verguss 23 teilweise kompensiert, sodass es innerhalb der Halbleiterschichtenfolge 1 im Betrieb zu weniger
Verspannungen kommt, was die Gefahr von Rissen in der
Halbleiterschichtenfolge 1 reduziert.
In der Figur 2D ist ein Ausführungsbeispiel eines
Halbleiterchips 100 gezeigt, bei dem der Verguss 23 zusammen mit den Kontaktelementen 21, 22 einen die
Halbleiterschichtenfolge 1 beziehungsweise den Halbleiterchip 100 stabilisierenden Träger 5 bildet. Das Kühlelement 3 auf der Vorderseite 11 der Halbleiterschichtenfolge 1 ist
beispielsweise wiederum aus Glas gebildet. Vorliegend handelt es sich bei dem Kühlelement 3 aber um eine sehr dünne Glasschicht mit einer Dicke von beispielsweise höchstens 50 ym. Eine solche dünne Glasschicht 3 ist beispielsweise nicht selbsttragend, trägt also nicht zur mechanischen
Stabilisierung des Halbleiterchips 100 bei. Die dünne
Glasschicht 3 kann beispielsweise mit Hilfe von einem
Aufdampfverfahren aufgebracht sein.
In den bisher gezeigten Ausführungsbeispielen war im
Randbereich jedes Halbleiterchips 100 eine Mesastruktur vorgesehen, in der die Halbleiterschichtenfolge 1 von der Rückseite 12 bis hinein in die zweite Halbleiterschicht 14 entfernt war und der so entstandene Mesagraben durch eine Isolationsschicht verkapselt war. Da die Mesagräben nicht bis hinein in die erste Schicht 13 gereicht haben, kann in diesen Ausführungsbeispielen elektromagnetische Strahlung seitlich aus der ersten Schicht 13 austreten.
Um die Lichtauskoppeleffizienz zu steigern, ist in Figur 2E ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterchips 100 gezeigt, bei dem sich die seitlichen Mesagräben komplett von der
Rückseite 12 durch die zweite Halbleiterschicht 14, die aktive Schicht 10 bis hinein in die erste Schicht 13
erstrecken. Bevorzugt durchdringen die Mesagräben auch die erste Schicht 13 vollständig. Auf diese Weise kann eine seitliche Lichtauskopplung aus der ersten Schicht 13
unterdrückt werden. Nahezu das gesamte Licht wird dann über die Vorderseite 11 beziehungsweise das strahlungsdurchlässige Kühlelement 3 aus dem Halbleiterchip 100 emittiert. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der
Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn diese Merkmale oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2017 109 485.7, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugs zeichenliste
1 Halbleiterschichtenfolge
3 Kühlelement
4 Konverterschicht
5 Träger
10 aktive Schicht
11 Vorderseite
12 Rückseite
13 erste Schicht
14 zweite Schicht
21 erstes Kontaktelement
22 zweites Kontaktelement
23 Verguss
41 Klebeschicht
100 optoelektronischer Halbleiterchip

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronischer Halbleiterchip (100), umfassend:
- eine Halbleiterschichtenfolge (1) mit einer aktiven
Schicht (10) zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung,
- zwei Kontaktelemente (21, 22) auf einer Rückseite (12) der Halbleiterschichtenfolge (1),
- ein strahlungsdurchlässiges Kühlelement (3) auf einer der Rückseite (12) gegenüberliegenden Vorderseite (11) der Halbleiterschichtenfolge (1),
- eine Siloxan-haltige Konverterschicht (4) zwischen dem
Kühlelement (3) und der Halbleiterschichtenfolge (1), wobei
- die Kontaktelemente (21, 22) zur elektrischen
Kontaktierung des Halbleiterchips (100) eingerichtet sind und im unmontierten Zustand des Halbleiterchips (1) frei liegen,
- das Kühlelement (3) von einem Aufwachssubstrat der
Halbleiterschichtenfolge (1) verschieden ist,
- das Kühlelement (3) eine thermische Leitfähigkeit von
mindestens 0,7 W/(m-K) aufweist.
2. Halbleiterchip (100) nach Anspruch 1,
wobei das Kühlelement (3) Glas umfasst oder aus Glas besteht.
3. Halbleiterchip (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei
- das Kühlelement (3) selbsttragend ist,
- die Dicke des Kühlelements (3) zumindest 250 ym beträgt.
4. Halbleiterchip (100) nach Anspruch 3,
wobei der Abstand zwischen der Rückseite (12) der
Halbleiterschichtenfolge (1) und den im unmontierten Zustand freiliegenden Seiten der Kontaktelemente (21, 22) höchstens 5 ym beträgt.
5. Halbleiterchip (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei
- auf der Rückseite (12) der Halbleiterschichtenfolge (1) ein Träger (5) angeordnet ist.
6. Halbleiterchip (100) nach Anspruch 5,
wobei die Dicke des Kühlelements (3) höchstens 100 ym
beträgt.
7. Halbleiterchip (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und 5 bis 6,
wobei die Kontaktelemente (21, 22) eine Dicke von mindestens 100 ym aufweisen.
8. Halbleiterchip (100) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei das Kühlelement (3) eine Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips (1) bildet.
9. Halbleiterchip (100) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei die Konverterschicht (4) eine Silikonmatrix mit darin eingebetteten Konverterpartikeln umfasst oder daraus besteht.
10. Halbleiterchip (100) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei zwischen der Konverterschicht (4) und dem Kühlelement (3) eine strahlungsdurchlässige Klebeschicht (41) angeordnet ist .
11. Halbleiterchip (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Konverterschicht (4) in direktem Kontakt mit dem Kühlelement (3) steht.
12. Halbleiterchip (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Halbleiterschichtenfolge (1) an der Vorderseite (11) strukturiert ist.
13. Halbleiterchip (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Kontaktelemente (21, 22) seitlich teilweise oder vollständig von einem Verguss (23) umgeben sind.
14. Halbleiterchip (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Kühlelement (3) eine oder mehrere funktionale Schichten aufweist.
15. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips (100), umfassend die Schritte:
A) Aufwachsen einer Halbleiterschichtenfolge (1) mit einer aktiven Schicht (10) auf einem Aufwachssubstrat (15);
B) Aufbringen von Kontaktelementen (21, 22) auf eine dem Aufwachssubstrat (15) abgewandte Rückseite (12) der Halbleiterschichtenfolge (1);
C) Aufbringen der Halbleiterschichtenfolge (1) auf einen Hilfsträger;
D) Entfernen des Aufwachssubstrats (15);
E) Aufbringen einer Konverterschicht (4) auf eine der
Rückseite (12) gegenüberliegende Vorderseite (11) der Halbleiterschichtenfolge (1), wobei
- die Konverterschicht (4) Siloxan umfasst; F) Aufbringen eines strahlungsdurchlässigen Kühlelements (3) auf die Vorderseite (11) der Halbleiterschichtenfolge (1), wobei
- das Kühlelement (3) eine thermische Leitfähigkeit von mindestens 0,7 W/ (m-K) aufweist;
G) Ablösen des Hilfsträgers.
16. Verfahren nach Anspruch 15,
wobei die Schritte A) bis G) in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16,
wobei die Konverterschicht (4) mittels Sprühbeschichtung aufgebracht wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17,
wobei das Kühlelement (3) auf eine ungetrocknete
Konverterschicht (4) aufgebracht wird und die
Konverterschicht (4) dabei als Kleber für das Kühlelement (3) dient.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18,
wobei das Kühlelement (3) eine Glasschicht ist, die mittels Verdampfen aufgebracht wird.
PCT/EP2018/061160 2017-05-03 2018-05-02 Optoelektronischer halbleiterchip und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterchips WO2018202685A1 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019554589A JP2020519004A (ja) 2017-05-03 2018-05-02 オプトエレクトロニクス半導体チップおよびオプトエレクトロニクス半導体チップを作製する方法
DE112018002299.4T DE112018002299A5 (de) 2017-05-03 2018-05-02 Optoelektronischer Halbleiterchip und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips
CN201880029625.7A CN110603653A (zh) 2017-05-03 2018-05-02 光电子半导体芯片和用于制造光电子半导体芯片的方法
US16/603,007 US20200058840A1 (en) 2017-05-03 2018-05-02 Optoelectronic semiconductor chip and method of producing an optoelectronic semiconductor chip

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017109485.7 2017-05-03
DE102017109485.7A DE102017109485A1 (de) 2017-05-03 2017-05-03 Optoelektronischer Halbleiterchip und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018202685A1 true WO2018202685A1 (de) 2018-11-08

Family

ID=62104295

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2018/061160 WO2018202685A1 (de) 2017-05-03 2018-05-02 Optoelektronischer halbleiterchip und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterchips

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20200058840A1 (de)
JP (1) JP2020519004A (de)
CN (1) CN110603653A (de)
DE (2) DE102017109485A1 (de)
WO (1) WO2018202685A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021160596A1 (de) * 2020-02-11 2021-08-19 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronische vorrichtung und verfahren

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017104752B4 (de) * 2017-03-07 2022-10-13 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zum Übertragen von Halbleiterkörpern und Halbleiterchip
DE102021112359A1 (de) 2021-05-12 2022-11-17 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optoelektronische leuchtvorrichtung
DE102022129074A1 (de) 2022-11-03 2024-05-08 Valeo Detection Systems GmbH Aktives optisches Sensorsystem mit Wärmeabfuhr

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009095662A1 (en) * 2008-01-28 2009-08-06 Photonstar Led Limited Light emitting module with optically-transparent thermally-conductive element
JP2011155188A (ja) * 2010-01-28 2011-08-11 Konica Minolta Opto Inc 発光ダイオードユニットの製造方法
JP2012138454A (ja) * 2010-12-27 2012-07-19 Citizen Holdings Co Ltd 半導体発光装置及びその製造方法
WO2015121089A1 (en) * 2014-02-11 2015-08-20 Koninklijke Philips N.V. A wavelength converting element, a light emitting module and a luminaire
EP2940743A1 (de) * 2012-12-28 2015-11-04 Konica Minolta, Inc. Lichtemittierende vorrichtung
JP2017025215A (ja) * 2015-07-23 2017-02-02 コニカミノルタ株式会社 高比重粒子分散用溶液、及びこれを含む蛍光体粒子分散液、並びに発光装置、及びその製造方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007050328A (ja) * 2005-08-17 2007-03-01 Land Creative:Kk 汚染土壌浄化方法
EP2128906B1 (de) * 2007-02-27 2016-11-30 Kyocera Corporation Lichtemittierende einrichtung
US20090154137A1 (en) * 2007-12-14 2009-06-18 Philips Lumileds Lighting Company, Llc Illumination Device Including Collimating Optics
JP4799606B2 (ja) * 2008-12-08 2011-10-26 株式会社東芝 光半導体装置及び光半導体装置の製造方法
WO2011093454A1 (ja) * 2010-01-29 2011-08-04 シチズン電子株式会社 発光装置の製造方法及び発光装置
JP2012195402A (ja) * 2011-03-16 2012-10-11 Toshiba Corp 半導体発光装置の製造方法
DE102011056220A1 (de) * 2011-12-09 2013-06-13 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Halbleiterbauteil und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils
JP2013247301A (ja) * 2012-05-28 2013-12-09 Toshiba Corp 半導体発光装置及びその製造方法
JP2014143344A (ja) * 2013-01-25 2014-08-07 Mitsubishi Chemicals Corp 波長変換部材及びこれを用いた半導体発光装置
JP2014207436A (ja) * 2013-03-18 2014-10-30 日本碍子株式会社 波長変換体
JP6249699B2 (ja) * 2013-09-20 2017-12-20 シチズン時計株式会社 Ｌｅｄ発光装置
JP2015211158A (ja) * 2014-04-28 2015-11-24 日亜化学工業株式会社 半導体発光素子
JP6515515B2 (ja) * 2014-12-11 2019-05-22 日亜化学工業株式会社 発光装置の製造法
DE102015111910A1 (de) * 2015-07-22 2017-01-26 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Bauelement, Verbund von optoelektronischen Bauelementen und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009095662A1 (en) * 2008-01-28 2009-08-06 Photonstar Led Limited Light emitting module with optically-transparent thermally-conductive element
JP2011155188A (ja) * 2010-01-28 2011-08-11 Konica Minolta Opto Inc 発光ダイオードユニットの製造方法
JP2012138454A (ja) * 2010-12-27 2012-07-19 Citizen Holdings Co Ltd 半導体発光装置及びその製造方法
EP2940743A1 (de) * 2012-12-28 2015-11-04 Konica Minolta, Inc. Lichtemittierende vorrichtung
WO2015121089A1 (en) * 2014-02-11 2015-08-20 Koninklijke Philips N.V. A wavelength converting element, a light emitting module and a luminaire
JP2017025215A (ja) * 2015-07-23 2017-02-02 コニカミノルタ株式会社 高比重粒子分散用溶液、及びこれを含む蛍光体粒子分散液、並びに発光装置、及びその製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021160596A1 (de) * 2020-02-11 2021-08-19 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronische vorrichtung und verfahren

Also Published As

Publication number Publication date
CN110603653A (zh) 2019-12-20
DE112018002299A5 (de) 2020-01-16
JP2020519004A (ja) 2020-06-25
US20200058840A1 (en) 2020-02-20
DE102017109485A1 (de) 2018-11-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112015002479B4 (de) Halbleiterbauelement und Beleuchtungsvorrichtung
DE102012109460B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Leuchtdioden-Displays und Leuchtdioden-Display
DE112015005762B4 (de) Lichtemittierende Vorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung
EP3345225B1 (de) Optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zu dessen herstellung
EP1774599B1 (de) Verfahren zur herstellung von halbleiterchips in dünnfilmtechnik und halbleiterchip in dünnfilmtechnik
DE102008021402B4 (de) Oberflächenmontierbares Leuchtdioden-Modul und Verfahren zur Herstellung eines oberflächenmontierbaren Leuchtdioden-Moduls
WO2018202685A1 (de) Optoelektronischer halbleiterchip und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterchips
DE102013100711B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl optoelektronischer Bauelemente
DE102013110853B4 (de) Strahlungsemittierender Halbleiterchip und Verfahren zur Herstellung von strahlungsemittierenden Halbleiterchips
DE102009056386A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen
DE102013111496A1 (de) Verfahren zum Herstellen von optoelektronischen Halbleiterbauelementen und optoelektronisches Halbleiterbauelement
DE102007030129A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl optoelektronischer Bauelemente und optoelektronisches Bauelement
DE102012102847A1 (de) Licht emittierendes Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines Licht emittierenden Halbleiterbauelements
DE102013112549A1 (de) Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauelementen und optoelektronisches Halbleiterbauelement
DE102018109542B4 (de) Licht emittierendes bauelement und verfahren zur herstellung eines licht emittierenden bauelements
WO2017060160A1 (de) Halbleiterlaser und verfahren zur herstellung eines halbleiterlasers
DE102007046348A1 (de) Strahlungsemittierendes Bauelement mit Glasabdeckung und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102018101326A1 (de) Optoelektronisches Bauteil
DE102012109177A1 (de) Optoelektronisches Halbleiterbauelement
DE112019005876T5 (de) Lichtemittierendes bauelement und verfahren zur herstellung eines lichtemittierenden bauelements
WO2009121314A1 (de) Strahlungsemittierendes halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines strahlungsemittierenden halbleiterbauelements
WO2013131729A1 (de) Verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterchips
DE102015107593A1 (de) Optoelektronischer Halbleiterchip und Leuchtmittel
EP2659523A1 (de) Verbundsubstrat, halbleiterchip mit verbundsubstrat und verfahren zur herstellung von verbundsubstraten und halbleiterchips
WO2009079982A2 (de) Verfahren zur herstellung von halbleiterchips und halbleiterchip

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18721778

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019554589

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

REG Reference to national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R225

Ref document number: 112018002299

Country of ref document: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18721778

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1